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DT 33 - NFC et RFID
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Les technologies NFC et RFID sont proches l’une de l’autre et des points communs existent aussi avec les cartes à puces sans contact. Mais, quelques différences majeures expliquent la spécificité et l’évolution de ces trois marchés (voir le DT N°32).
I - Définition des NFC
Les interactions de proximité (NFC, Near Field Communications) permettent aux utilisateurs d’accéder au contenu et aux services de façon intuitive simplement en approchant les objets électroniques NFC l’un de l’autre. Les NFC sont basés sur le phénomène du couplage inductif, qui permet le partage de la puissance et l’accès à des informations à faible distance en toute sécurité. L’originalité des NFC repose sur le fait qu’ils ont été conçus pour la transmission bilatérale sécurisée avec d’autres systèmes et qu’ils sont utilisables en grand nombre dans le monde entier. La technologie NFC résulte d’un ensemble de technologies utilisées dans le domaine de l’identification par fréquence radioélectrique (RFID) et des technologies de l’interconnexion à courte portée. Elle exploite la gamme des 13,56 MHz, au débit de 106, 212 ou 424 kbit/s, sur une distance de quelques centimètres. Elle est normalisée sous les références ISO18092, ECMA340 et ETSI TS102 190. Elle respecte l’infrastructure définie pour la carte à puce sous la référence ISO 14443 A (exemples de Mifare, de chez Philips et de la carte FeliCa, de Sony), ainsi que les normes ISO/IEC 14443 B et ISO 18092. II – WLAN, NFC et RFID
A la différence des NFC, les systèmes radioélectriques Bluetooth et Wi-Fi ont des portées plus grandes (10 mètres pour Bluetooth et 100 mètres pour Wi-Fi ou ZigBee). Ces systèmes visent, selon leurs propres normes, à l’établissement de connexions voix ou données via un réseau local radioélectrique (WLAN). La technologie RFID concerne l’authentification automatique d’objets, grâce à des cartes passives (sans ressource en énergie) de petites dimensions qui leur sont attachées et qui stockent des données. Les NFC peuvent être produits en séries industrielles importantes à très bon marché. Si le NFC est dérobé, il peut être annulé. Les cartes à puce sans contact contiennent un microprocesseur qui peut communiquer sous une faible distance avec un lecteur semblable à ceux de la technologie RFID (exemple : ISO/IEC 14443 et FeliCa).
L’hologramme assure une fonction d’authentification. Couplé à un marquage de type "datamatrix", les deux fonctions complémentaires, authentification et identification assurent la traçabilité du produit à un coût marginal (0,02 € pour un hologramme contre plusieurs dizaines de centimes d’euros pour le RFID). Les hologrammes sont utilisés aussi pour authentifier les données visuelles des documents (moins d’un euro). L’hologramme NFC résiste à la copie. Il existe deux types d’objets NFC, l’étiquette NFC et l’équipement NFC. Une étiquette NFC est passive. Elle contient des données qui peuvent être communiquées à un lecteur. L’équipement NFC peut avoir trois fonctions : graveur / lecteur de données, outil de communication d’égal à égal ou quelquefois, émulateur de carte. III - NFC Forum
Plus de 150 sociétés, dont les fondateurs Nokia, Philips et Sony, participent aux travaux du Forum NFC (Near Field Communication Forum) dans le but de promouvoir la technologie des interactions de proximité entre les objets du domaine électronique grand public, comme les terminaux mobiles, les ordinateurs, etc. et pour développer sur ces bases des applications de paiement. Les normes des NFC ne définissent pas seulement le système de lecture des données ou les caractéristiques des antennes utilisées, mais également le format et le débit des données à transférer vers les réseaux. Le Forum NFC a la responsabilité de promouvoir cette technologie, d’en faciliter la normalisation et de garantir l’interopérabilité des terminaux et des services associés. Le NFC Forum est également responsable des essais de validation des équipements NFC et des essais de compatibilité. [http://www.nfc-forum.org] IV - Domaines actuellement visés par les NFC
Le domaine des NFC couvre aujourd’hui le transfert d’information et l’interaction avec l’environnement de certains terminaux de communication mobile, l’électronique grand public, la fabrication industrielle, l’informatique, les jeux et le multimédia, les télécommunications et les services de paiement. La technologie des NFC permet la lecture et l’écriture entre équipements électroniques compatibles. Elle tente d’associer une relation d’ergonomie sur l’interface située entre les équipements électroniques et le consommateur. Elle suppose la maîtrise des transferts de données, des transactions à courte distance de façon sécurisée et du téléchargement de contenus enrichis.
V – Conclusion
Selon une étude publiée par ABI Research, près de 50 % des terminaux téléphoniques portables pourraient disposer bientôt de la technologie NFC. Des déploiements importants des NFC concernent les terminaux et les ordinateurs portables, les appareils photos, les imprimantes, les systèmes de paiements, les adaptateurs de télévision numérique, etc. Identification par fréquences radioélectriques (RFID)
I - Définition du RFID
L’identification par radio (Radio Frequency Identification, ou RFID) permet de stocker et de récupérer des données à courte distance en utilisant des marqueurs ou étiquettes miniatures (Tag) associés aux articles à identifier. Un système RFID est constitué de marqueurs/capteurs, de lecteurs, d’un réseau radio connecte à un réseau fixe, d’un logiciel adapté à l’utilisation (collecte des informations, intégration, confidentialité, etc.), de services adaptes à l’emploi considéré, et d’outils de gestion, qui permettent l’identification et la traçabilité des produits à travers leur emballage. II – Systèmes RFID
Les lecteurs RFID sont associés à des réseaux de comptage et à des logiciels de surveillance. Ce sont des dispositifs émetteurs qui activent les marqueurs qui passent à leur proximité en leur fournissant au besoin l’énergie nécessaire.
2.1 - Les lecteurs RFID et les fréquences
Les systèmes qui ont été développés varient selon la portée, les bandes de fréquences utilisées, l’encombrement, la consommation d’énergie et leur prix de revient. L’industrie utilise les fréquences suivantes : 125 kHz ; 134.2 kHz / 123.2kHz, 13,56 MHz (ISO 14443, ISO 15693 et ISO 18000-3), 915 MHz (Amérique), de 860 MHz à 960 MHz (Europe) et 2.45 GHz. L’emploi de fréquences élevées permet des débits plus importants et des fonctions plus enrichies. Des algorithmes permettent d’éviter la collision de messages. Les basses fréquences, entre 125 et 135 kHz, sont utilisées pour l’identification des animaux ou pour le contrôle d’accès en main libre (portée limitée à 1,5 mètre). Les fréquences de l’ordre de 13,56 MHz sont utilisées pour la localisation des bagages dans les aéroports, le contrôle d’accès à des bâtiments, avec une portée réduite à quelques cm. Les marqueurs à 800 à 900 MHz trouvent leur emploi dans la logistique des entrepôts. Le 2,45 GHz sert au contrôle d’accès à grande distance des véhicules. Des RFID sous-cutanées ont été réalisées conçues pour assurer l’accès protégé à des sites confidentiels et pour le stockage des données médicales. 2.2 - L’étiquette RFID
L’étiquette, ou marqueur, est un élément électronique de taille très réduite qui transmet sur demande son identification numérique (96 bits en EPC-96) à un lecteur (données enregistrées et modifiables). L’étiquette RFID comporte une antenne noyée dans le substrat, associée à un circuit ou une puce électronique, permettant de recevoir et de répondre aux requêtes lancées par un émetteur-récepteur. Les puces portent un identifiant codé spécifique à chaque produit, appelé pour cette raison EPC (Electronic Product Code). Certains systèmes permettent une communication entre étiquettes. Le prix de revient des étiquette RFID est souvent très faible.
Les étiquettes RFID, dont les identifiants sont très longs, se substituent aux codes barres de la norme UPC/EAN. Elles permettent la traçabilité des produits. Malheureusement, leur normalisation (par EPC Global) est encore insuffisante pour devenir universelle. 2.3 - Etiquettes RFID sans puce
Les étiquettes RFID sans composant électronique intégré sont beaucoup moins coûteuses. Elles peuvent être imprimées directement sur l’objet ou l’emballage. Elles sont plus faciles d’emploi et plus fiables. La première génération de RFID sans puce n’a pas fait l’objet de norme internationale et en conséquence, divers procédés ont été utilisés : magnéto-acoustique, bobinage plat à radiofréquences, dispositif à capacité, réseau de diodes, système à onde de surface (SAW, pour Surface Acoustic Wave) de type électrique ou chimique, qui émettent des hautes fréquences lors d’un déplacement. Le domaine médical a utilisé des systèmes de ce genre avec contrôle d’erreur. Cependant, ces technologies n’ont pas pu se développer à cause de leur prix élevé et des contraintes techniques qui pesaient sur l’extension à d’autres domaines d’applications. La seconde génération d’étiquettes sans puce disposait de performances meilleures en capacité mémoire. EPC Global a ouvert les portes de cette technologie avec l’ISO dans l’espoir d’ouvrir ces systèmes aux possibilités des réseaux. D’abord furent créées des étiquettes électromagnétiques, faites de bandes d’encre conductrice déposées sur du carton ou du plastique. Puis apparut la technologie des TFTC (Thin Film Transistor Circuits) déposés sur des films en plastique. Les circuits de transistors en couche mince peuvent être déposés sur les emballages ou sur des supports flexibles. Ils présentent l’avantage de prix de revient faibles pour un certain volume de réalisation. Les fréquences de travail dans les deux cas étaient les mêmes (13,56 MHz). Les applications concernaient les cartes de fidélité des commerces de proximité, de la pharmacie et le service postal. Etiquettes à base de polymères - Ces étiquettes organiques peuvent s’adapter à la géométrie de l’objet pour lesquels elles sont destinées. Elles sont équipées d’une puce à grande capacité de stockage (15 pages de document texte, ou des images ou des fichiers sonores).
2.4 – RFID sans contact
Le système NFC (Near Field Communication) est utilisable comme système de RFID sans contact à 13,56 MHz pour un débit de 212 kbit/s avec un maximum de 20 cm de distance (téléphones mobiles, PDA, appareils photo numériques ordinateurs portables) mais il est incompatible avec la norme ISO 14443 type B. Avec le téléchargement de fichiers multimédia, la rapidité des transferts de données devient essentielle et la modulation de phase permet d’envisager pour les RFID sans contact des débits de 6,8 Mbit/s (projet MEDEA + selon les travaux du CEA-Leti) et sans doute bientôt supérieurs à 10 Mbit/s. Selon ABI Research, les dépenses en infrastructures commerciales (matériels et logiciels) et en services centrés sur le "RFID sans contact" devraient atteindre 800 millions de dollars en 2011, soit plus de trois fois le niveau du marché de 2006. Ces dépenses concernent surtout les marchés du commerce de détail et les activités de transport, activités qui se trouvent actuellement disjointes souvent et qui, regroupées de façon cohérentes, par exemple au moyen des téléphones portables, devraient produire plus d’efficacité économique. Les transactions sans contact sont liées à la facturation propriétaire du transport, aux opérations de débit/crédit, ainsi qu’aux paiements de porte monnaie électronique. Le marché du "sans contact" dépend principalement du pays et de la région du monde considérée.
2.5 – RFID actives et passives
Les étiquettes RFID actives sont équipées d’une source d’énergie interne leur permettant d’émettre un signal et elles disposent d’une capacité mémoire qui peut être inscriptible et réinscriptible. Des étiquettes semi actives ne sont alimentées qu’à des intervalles de temps réguliers, par exemple, pour l’enregistrement de la température.
Les étiquettes RFID passives ne disposent pas de source d’énergie interne. Elles ont une durée de vie plus longue que les RFID actives. Leur information ne peut être lue que par leur propre lecteur. 2.6 - Sécurité de la technologie RFID
La technologie RFID exige que la confidentialité des données soit respectée. Les résultats d’études montrent que la mise en place réussie des systèmes RFID dépend de la manière dont sont développées les procédures cryptographiques d’authentification et de codage.
III - Les normes RFID Les normes RFID sont d’application régionale (Europe, Amérique, Asie et Océanie). L’EPC Generation 2 (mise au point après celle du MIT Auto-ID Lab) est une norme ouverte par l’EPC Global, qui s’ajoute à celles de la norme ISO/IEC 18000:2004, complétée par l’ISO/IEC TR 24710:2005. La technologie RFID est normalisée par EAN.UCC, (European Article Numbering and Universal Code Council), l’ISO et l’AFNOR, pour le tri des bagages, des lettres et la traçabilité des marchandises conditionnées. La norme 300 208 de l’ETSI introduit la règle LBT (Listen Before Talk) qui propose au lecteur de vérifier la disponibilité de la plage de fréquence allouée avant envoi. Le Forum mondial des NFC (http://www.nfc-forum.org), veille à la normalisation et à la compatibilité des produits utilisés ou fabriqués par ses 140 membres, qui assurent des transactions bilatérales numériques sans contact.
La Commission européenne intensifie ses échanges avec les Etats-Unis et l’Asie en vue de soumettre l’usage de la technologie RFID à des normes d’interopérabilité et à des pratiques respectant la vie privée, qui soient reconnues dans le monde entier. IV – Les RFID passives réalisées en UHF
Une étiquette RFID UHF passive résulte de l’association d’une puce (étiquette RFID) et d’une antenne associée à un lecteur. L’énergie nécessaire au fonctionnement du système est obtenue par transformation de l’énergie électromagnétique rayonnée par le lecteur en courant continu nécessaire à l’activation de la puce. L’adaptation de l’impédance de l’antenne du lecteur à la puce permet d’optimiser la puissance reçue par la puce et l’adaptation à la distance de lecture. La puce – étiquette reçoit les commandes du lecteur auxquelles elle répond par une modulation de son impédance d’entrée et une transmission de données.
Le déploiement de systèmes RFID est donc particulièrement dépendant de la compatibilité magnétique du site et il est sensible aux interférences entre lecteurs et aux sources perturbatrices éventuelles (GSM). En Europe, la règle LBT impose un seuil maximum de puissance de transmission et une distance minimale associée d’interférence entre deux lecteurs. En outre, les étiquettes RFID doivent être immunisées contre les décharges électrostatiques éventuelles. V - Obstacles à l’emploi des RFID
Afin d’éviter la contrefaçon et le vol, les fabricants souhaiteraient identifier chacun des objets contenus par la palette, grâce à leur puce RFID (jusqu’à 10 000 exemplaires, par exemple), ce qui pose le problème de la réalisation. Il devrait être possible de désactiver les étiquettes après les achats en grande surface afin de conserver la confidentialité des achats personnels auprès des tiers. De même les informations recueillies par les grandes surfaces devraient demeurer confidentielles. L’adoption de la technologie RFID prend du temps. En 2005, seulement 70 % des lectures d’identification étaient correctes. Certains produits ne peuvent pas être identifiés, comme les liquides ou les conteneurs métalliques. Certaines étiquettes ne sont pas lisibles ou sont mal positionnées face au lecteur. Il faut pouvoir lire des étiquettes RFID en provenance de fournisseurs qui utilisent des codages de type différent. La RFID n’a pas tenu ses promesses, car cette technique de traçabilité n’assure pas la fonction d’authentification. De plus, le coût des RFID est pénalisé par la nécessité de les intégrer dans les emballages ou sur des étiquettes. Pour des applications plus complexes, (documents d’identité) la RFID retrouve tout son intérêt pour la fonction de stockage et de sécurisation de l’information. pour quelques euros.
VI – Domaine d’emploi des RFID
Les RFID trouvent leur emploi pour l’accès aux transports publics, le suivi industriel en chaîne de montage, les inventaires, la gestion des stocks, la logistique, etc. Le marché mondial des systèmes d’identification par radiofréquence devrait atteindre 26 milliards de dollars en 2016, se répartissant entre 43 % pour l’Amérique du Nord, 33 % pour la zone Europe – Moyen Orient - Afrique, 21 % pour l’Asie Pacifique, 3 % pour l’Amérique Centrale et latine. La Corée du Sud et le Japon demeurent les fers de lance de la croissance en RFID dans la zone Asie en terme de volume. La réduction du prix des étiquettes et des lecteurs RFID devrait stimuler ce marché. Jupiter Research envisage un parc de 700 millions de terminaux portables communicant en NFC en 2013, et estime que les paiements mobiles en NFC devraient dépasser les 30 milliards de dollars en 2012.
La montée en puissance de cette technologie devrait surtout se confirmer avec un marché de masse prévu entre 2010 et 2015. Outre les enjeux stratégiques (normalisation) et techniques liés aux fréquences utilisées, le principal frein au développement de la technologie reste le retour sur investissement, relativement long, et le prix des étiquettes, qui malgré une baisse de 50 % ces dernières années, se situe encore entre 0,10 et 0,20 €. Les principales applications en Asie se trouvent dans la sécurité, le contrôle d’accès, le transport et la logistique. La Commission européenne soutient financièrement les études technologiques et les applications innovantes qui devraient faciliter l’émergence de la ’’société de l’intelligence ambiante’’. VI – Applications RFID
RFID et téléphone portable - KDDI Corp. et Hitachi Ltd. ont réalisé un lecteur RFID destiné à être embarqué dans les téléphones portables afin de lire des données situées jusqu’à 5 mètres de distance. Capable de stocker jusqu’à 38 chiffres décimaux, il peut participer à la traçabilité de produits, interagir avec l’appareil photo du portable et fournir la localisation GPS. Banques – Pour le transport de fonds sécurisé, tout en fluidisant les transferts.
Blanchisserie hospitalière – Pour l’identification, la gestion et le tri des 36 000 vêtements au rythme de 5 000 articles à l’heure.
Courrier – Pour réduire, à l’aide d’un affichage bistable, la complexité des tris postaux (70 millions de lettres par jour dans les 84 centres de tris allemands). Pharmacie – Pour éviter la copie de médicaments, le gouvernement américain souhaite introduire leur traçabilité. L’industrie de la pharmacie a abandonné le RFID au profit du "datamatrix" (code barre à deux dimensions) qui, pour un prix faible, assure une immatriculation du produit, chaque boîte étant dotée d’un numéro d’identification propre.
Hôpital - Des puces RFID placées sur un bracelet permettent de contrôler l’identité des patients en attente d’opération. Le but est de réduire le nombre d’interventions chirurgicales effectuées par erreur, suite à des confusions d’identité. VII - Conclusions
Quelle technologie est la meilleure en matière de traçabilité et d’identification ? Après le code barre associé au Minitel, se trouvent aujourd’hui mis en parallèle le RFID (passif, ou semi actif), la carte à puce et les NFC. Chaque époque développe sa technologie, jusqu’au moment où l’aspect d’universalité ou de prix de revient est remis en cause par de nouvelles considérations. Il apparaît que chaque technologie ne vaut qu’en fonction des marchés qui lui sont ouverts et pour lesquels des séries industrielles permettent une bonne rentabilité d’usage des produits associés. La convergence des nouveaux réseaux apportera, par l’association à d’autres technologies (cryptologie, composants radioélectriques miniaturisés, réduction de prix et de volume des mémoires, modulations particulières, etc.), des éléments propres à stimuler cette dynamique. Est-il possible d’unifier les diverses tendances en RFID à travers des réseaux administrés ? Il semble que l’entrée de grands exploitants de réseau dans le marché du RFID soit guidée par cette démarche, avec l’idée d’accélérer la normalisation pour faciliter l’évolution vers les réseaux de capteurs universels (Ubiquitous Sensor Networks, USN) et l’avènement possible des "réseaux d’intelligence ambiante". Le "mobile banking" n’a pas fini de dévoiler ses possibilités : avec l’expérimentation de paiement sans contact menée à Nice, les banquiers cherchent à le promouvoir comme moyen de paiement multifonction.
Références - Revue de l’Electricité et de l’Electronique. ElectronicS, etc.
[www.smartlabelseurope.com] [www.smartlabelsUSA.com] [www.idtechex.com] Haut de page